浅谈市政排水管网的优化设计

摘要：

介绍排水管网优化设计发展状况，阐述排水管网优化设计的必要性，介绍其优化设计的内容。

l、排水管网优化设计的发展
长期以来．给水排水工程基本上是依靠已有装置所取得的经验或模型试验所得结果进行设计、运行和管理．在不同程度上运用了直觉优化和试验优化方法。自20世纪60年代开始．国际上在总结经验和数理分析的基础上，逐渐建立起了各种给水排水工程系统或过程的数学模式。与此同时。随着系统分析方法、计算技术和电子计算机的发展。对于各种类型的给排水系统，开展了最优化的研究和实践。自70年代至今，美国、日本、前苏联和欧洲各国，在给排水管道和水处理等工程系统方面．不仅在方法学和计算机程序上取得了各种研究成果．而且日益广泛地将其所研制的各种计算机软件应用于给排水工程的计算机辅助设计和自动化运行管理上．并显示了明显的效果。这样不仅把设计人员从查阅图表的繁杂过程中解脱出来．加快设计进度．而且整个排水管道系统得到了优化设计，提高了设计质量。其所确定的最优方案与传统方法相比．可以降低10％以上的工程造价。

我国在70年代以同济大学环境工程学院杨钦教授为代表的专家学者．开辟了给水排水工程优化设计的新领域，为全面开展优化设计奠定了基础。
2、排水管网优化设计的必要性
市政排水管网是城市市政建设的重要组成部分．其投资比例占整个排水系统投资的一大部分。因此，对排水管网可行性优化意义重大。随着城市经济发展，城市道路修建。排水管网不断普及．但是还存在许多问题。污水管网系统同时是现代化城市重要的基础设施．是城市水污染防治的骨干工程。因此．设计时如何在满足规定的各种约束条件下，优选污水管网的管径、埋深等各个组成部分，尽量降低污水管网的投资费用．是污水管网优化设计的最终目的。

当今社会．随着计算机技术的发展，计算机已渗透到人们生活和工作的各个方面。利用计算机，通过编制程序和软件来对工程进行设计和优化．已被人们广泛应用。
3、排水管网优化设计的内容
排水管渠的优化一般涉及4个方面的内容：

(1)一个城市最佳排水分区数量和集水范围的确定；
(2)最佳管线布置形式的确定；
(3)管线布置形式给定条件下管系的优化设计：
(4)雨水径流模型的建立。
排污水管网的优化设计包括2个方面的内容：①管线平面布置的优化选择。②在管线平面布置己定的情况下进行管道参数．即管段管径及埋深的优化设计。市政排水管网的优化设计主要是解决在确定平面布置方案下。排水管径、埋深及提升泵站的优化设计以及排水镣网平面布置方案的优化研究。近几年来．我国的科研人员对污水管网系统的优化设计研究进行了大量的工作．取得了不菲的成果。
4、已定平面布置下的管道系统优化设计
排水管道优化设计主要是指：对于某一设计管段．当设计流量确定后．在满足设计规范要求的管径和坡度的多种组合中．取得管材费用与敷设费用的平衡。在排水管线平面布置已定的情况下．对于管段管径一埋深的优化设计．国内外做了大量的工作。下面介绍几种已定平面布置下的管道系统优化设计的方法。
4.1两相优化法
两相优化法是在满足关于流速的约束条件前提下．选取一个最经济流速。当流量增加时．流速按0．Olm／s的步长增加。然后，根据设计流量和确定的流速，选取一个最优充满度和最优管径．从而得到一个最优坡度．即尽可能小的坡度。
水力计算约束条件：在进行优化设计过程中需要综合考虑各种约束条件，如：管径、充满度、流速、坡度、埋深等。表1中列出了管径从200～1000mm的部分约束条件．如果设计过程中涉及到大于1000mm的管径．可以自行列出相应的约束条件。

投稿会员：芳华